JP2016177194A - Image projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像投射装置に関するものである。 The present invention relates to an image projection apparatus.
接続した情報端末から入力されるデータに応じて生成した画像光を被投射物に向けて拡大投射し画像を表示する画像投射装置が知られている。画像投射装置は、プロジェタと呼ばれる。プロジェクタの一種に、被投射物であるスクリーンまでの距離が短い超短焦点プロジェクタがある。 There has been known an image projection apparatus that displays an image by enlarging and projecting image light generated according to data input from a connected information terminal toward a projection object. The image projection apparatus is called a projector. One type of projector is an ultra-short focus projector that has a short distance to a screen, which is a projection object.
近年普及しているスマートフォンやタブレット型情報端末のような携帯型情報端末に接続できるプロジェクタもある。なお、以下において、携帯型情報端末を単に携帯端末と表記する。 There is also a projector that can be connected to a portable information terminal such as a smartphone or a tablet information terminal that has become widespread in recent years. Hereinafter, the portable information terminal is simply referred to as a portable terminal.
携帯端末は、表示画面の大型化と高機能化が進んでいる。しかし、表示画面の大型化には限界がある。したがって、高齢者など視力が低下している人には使いづらい面がある。また、携帯端末の表示画面に表示させた画像を見るときは、本体をいずれか一方の手で持つことになる。したがって、両手が塞がっているときには画面表示を見ることができない。 Mobile terminals have been increasing in size and functionality of display screens. However, there is a limit to increasing the size of the display screen. Therefore, it is difficult to use for people with low vision such as the elderly. Further, when viewing an image displayed on the display screen of the mobile terminal, the user holds the main body with either hand. Therefore, the screen display cannot be seen when both hands are closed.
携帯端末にプロジェクタを接続すれば、表示画面を大きくすることができ、本体を持たなくても画面表示を見ることができる。しかし、プロジェクタは、持ち運びを前提にしたものではなく、スマートフォンなどに比べると携帯性が劣る。 If a projector is connected to the portable terminal, the display screen can be enlarged, and the screen display can be seen without having a main body. However, projectors are not intended to be carried, and are less portable than smartphones.
また、プロジェクタは、一般的には、平面スクリーンに画像光を投射して表示させる。したがって、室外、移動中または作業中において、携帯端末にプロジェクタを接続して情報等を表示させる場合、平面スクリーンのある場所で行う必要がある。そうすると、携帯端末の手軽さが損なわれる。仮に、平面スクリーンではなく湾曲しているところに投射すると、そこに表示される画像は投射面の形態に応じて歪む。 In general, the projector projects and displays image light on a flat screen. Therefore, when displaying information or the like by connecting a projector to a portable terminal while outdoors, moving, or working, it is necessary to perform it in a place with a flat screen. If it does so, the ease of a portable terminal will be impaired. If it projects on the curved place instead of a flat screen, the image displayed there will be distorted according to the form of a projection surface.
画像の歪みの補正に利用できる画像のアスペクト比の変換を行うプロジェクタが知られている(例えば、特許文献1を参照)。 A projector that converts an aspect ratio of an image that can be used to correct image distortion is known (see, for example, Patent Document 1).
人体に装着可能な程度の大きさ及び重量であって、被投射物として人体の一部を用いることができ、かつ、表示される画像が歪まないプロジェクタがあれば好適である。仮に、超短焦点プロジェクタと特許文献1記載のプロジェクタの利点を組み合わせて、プロジェクタの装着位置の近傍にある人体に画像を投射することができる光学系を備えるプロジェクタを実現すれば、画像の歪みは補正できるものになる可能性がある。しかしながら、人体の一部を被投射物にするプロジェクタを実現するには、解決すべき課題が他にもある。 It is suitable if there is a projector that has a size and weight that can be attached to the human body, can use a part of the human body as the projection object, and does not distort the displayed image. If the advantage of the ultra short focus projector and the projector described in Patent Document 1 are combined to realize a projector having an optical system capable of projecting an image on the human body in the vicinity of the mounting position of the projector, the distortion of the image is reduced. There is a possibility that it can be corrected. However, in order to realize a projector that uses a part of the human body as a projection object, there are other problems to be solved.
人体の一部を被投射物にすると投射場所は平面ではない。被投射物が仮に腕であれば、投射面は湾曲している。湾曲している被投射面では、表示画像の中央部と端部でのピントが異なる。これによって、画像は不鮮明になる。また、十分な大きさの画像を表示するには、さらなる工夫を必要とする。 When a part of the human body is used as a projection object, the projection location is not a plane. If the projection object is an arm, the projection surface is curved. On the curved projection surface, the focus at the center and the edge of the display image is different. As a result, the image becomes unclear. Further, in order to display a sufficiently large image, further contrivance is required.
本発明は、携帯性に優れていて画像を手軽に拡大表示でき、かつ、表示される画像の品質を高品質にすることができる画像投射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image projection apparatus that is excellent in portability, can easily display an enlarged image, and can improve the quality of the displayed image.
本発明は、光源と、前記光源により照明される画像表示素子と、前記画像表示素子において形成される画像を被投射物に向けて拡大投影する投射光学系と、を有する画像投射装置であって、前記投射光学系は、レンズにより構成される屈折光学系と、少なくとも1つの反射面を備える反射光学系と、を有し、前記投射光学系により投影される画像は、縦横比が前記画像表示素子の縦横比と異なる、ことを最も主な特徴とする。 The present invention is an image projection apparatus including a light source, an image display element illuminated by the light source, and a projection optical system that enlarges and projects an image formed on the image display element toward a projection object. The projection optical system includes a refractive optical system including a lens and a reflection optical system including at least one reflection surface, and an image projected by the projection optical system has an aspect ratio of the image display. The main feature is that it is different from the aspect ratio of the element.
本発明によれば、携帯性に優れていて画像を手軽に拡大表示でき、かつ、表示される画像の品質を高品質にすることができる。 According to the present invention, it is excellent in portability, an image can be enlarged and displayed easily, and the quality of the displayed image can be improved.
以下、本発明に係る画像投射装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る画像投射装置が備える光学系の要部を一方向からみた側面図である。 Hereinafter, embodiments of an image projection apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of an essential part of an optical system provided in an image projection apparatus according to the present invention as seen from one direction.
●画像投射装置の構成●
●光学エンジンの構成
図1において光学エンジン100は、大まかには、照明光学系と投射光学系108を有してなる。照明光学系は、光源101から出射された光によって画像表示素子であるDMD107を照明するための光学系である。投射光学系108は、DMD107で反射された光を被投射物であるスクリーン200に向けて投射するための光学系である。図1に示すように投射光学系108は、その一部である屈折光学系と、屈折光学系の入射端に配置されている開口絞り1081を備えている。なお、投射光学系108を構成する屈折光学系は、複数の光学素子が光軸LXを共有する軸対称の共軸光学系である。
● Configuration of image projection device ●
Configuration of Optical Engine In FIG. 1, the optical engine 100 roughly includes an illumination optical system and a projection optical system 108. The illumination optical system is an optical system for illuminating the DMD 107 that is an image display element with light emitted from the light source 101. The projection optical system 108 is an optical system for projecting the light reflected by the DMD 107 toward the screen 200 that is a projection object. As shown in FIG. 1, the projection optical system 108 includes a refractive optical system that is a part of the projection optical system 108 and an aperture stop 1081 that is disposed at the incident end of the refractive optical system. The refractive optical system constituting the projection optical system 108 is an axially symmetric coaxial optical system in which a plurality of optical elements share the optical axis LX.
以下、光学エンジン100が有する照明光学系について説明をする。光源101から出射された光は、リフレクタ102によってインテグレータロッド103の入射端に集光される。インテグレータロッド103は、4つのミラーを組み合わせてトンネル状にしたライトパイプである。インテグレータロッド103に入射された光は、インテグレータロッド103内のミラー面で反射を繰り返し、インテグレータロッド103の出射端において光量分布が一様でムラのない光になる。なお、光源101には、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプなどが用いられる。 Hereinafter, the illumination optical system included in the optical engine 100 will be described. The light emitted from the light source 101 is condensed on the incident end of the integrator rod 103 by the reflector 102. The integrator rod 103 is a light pipe formed by combining four mirrors into a tunnel shape. The light incident on the integrator rod 103 is repeatedly reflected by the mirror surface in the integrator rod 103, and becomes light with a uniform light amount distribution and no unevenness at the exit end of the integrator rod 103. As the light source 101, an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, or the like is used.
インテグレータロッド103の出射口を面光源として捉えて、この面光源の像を、DMD照明用レンズ104、第1折返しミラー105、第2折返しミラー106を介して画像表示素子であるDMD107の有効画像領域において生成する。DMD照明用レンズ104は、DMD107の有効画像領域を効率よく照射するための光学素子である。第1折返しミラー105は反射面が平面からなる平面ミラーである。第2折返しミラー106は反射面が凹面からなる曲面ミラーである。 The exit of the integrator rod 103 is regarded as a surface light source, and an image of this surface light source is converted into an effective image area of the DMD 107 as an image display element via the DMD illumination lens 104, the first folding mirror 105, and the second folding mirror 106. Generate in The DMD illumination lens 104 is an optical element for efficiently irradiating the effective image area of the DMD 107. The first folding mirror 105 is a flat mirror whose reflecting surface is a plane. The second folding mirror 106 is a curved mirror having a concave reflecting surface.
インテグレータロッド103から出射された光は、DMD照明用レンズ104を通過し第1折返しミラー105によって、図1において斜め右下方向に反射され第2折返しミラー106に向かう。第2折返しミラー106で反射された光は、DMD107の表面を照明し、DMD107の有効画像領域内の多数の微小ミラーによって反射されて、画像投射光である反射光束が第2折返しミラー106の側方を通過して投射光学系108に入射される。なお、光源101から第2折返しミラー106までを照明光学系という。 The light emitted from the integrator rod 103 passes through the DMD illumination lens 104 and is reflected by the first folding mirror 105 in the diagonally lower right direction in FIG. 1 toward the second folding mirror 106. The light reflected by the second folding mirror 106 illuminates the surface of the DMD 107 and is reflected by a large number of micromirrors in the effective image area of the DMD 107, so that the reflected light beam as image projection light is on the second folding mirror 106 side. And then enters the projection optical system 108. A portion from the light source 101 to the second folding mirror 106 is referred to as an illumination optical system.
上記照明光学系によって、DMD107は光量ムラのない照明光で照明され、一様な照度分布となるので、その拡大像である投射画像も一様な照度分布となる。 By the illumination optical system, the DMD 107 is illuminated with illumination light having no light amount unevenness and has a uniform illuminance distribution. Therefore, a projection image that is an enlarged image also has a uniform illuminance distribution.
DMD107は多数の微小ミラーを備える画像表示素子である。各微小ミラーは、傾斜角度を+12度から−12度の範囲で変化させる。例えば、微小ミラーの角度が−12度のとき、当該微小ミラーで反射された照明光が投射レンズ内に入るようにする。この状態をON状態という。また、ミラーの角度が+12度のときは、当該微小ミラーで反射された照明光は投射光学系108の投射レンズに入らないようにする。この状態をOFF状態という。 The DMD 107 is an image display element including a large number of micromirrors. Each micromirror changes the tilt angle in the range of +12 degrees to -12 degrees. For example, when the angle of the minute mirror is −12 degrees, the illumination light reflected by the minute mirror enters the projection lens. This state is called an ON state. When the angle of the mirror is +12 degrees, the illumination light reflected by the minute mirror is prevented from entering the projection lens of the projection optical system 108. This state is called an OFF state.
DMD107の微小ミラーは、スクリーン200に表示される画像の画素に対応している。したがって、DMD107の各微小ミラーの傾斜角度を制御することで、スクリーン200に表示される画像の形成に必要な投射光、すなわち投射画像光を、投射光学系108を介してスクリーン200に投射することができる。 The micro mirror of the DMD 107 corresponds to a pixel of an image displayed on the screen 200. Therefore, by controlling the inclination angle of each micromirror of the DMD 107, projection light necessary for forming an image displayed on the screen 200, that is, projection image light, is projected onto the screen 200 via the projection optical system 108. Can do.
次に、図2〜図5を参照しながら、画像投射装置の実施形態であるプロジェクタ1について説明する。プロジェクタ1の内部には、上記の光学エンジン100が搭載されている。図2に示すように、プロジェクタ1は、利用者の腕1000に装着できるリング型の本体であるリストバンド11と、リストバンド11の周方向の側面部に設けられ、投射光学系108(図1参照)からの画像光が出射される投影窓12と、を有している。 Next, a projector 1 that is an embodiment of an image projection apparatus will be described with reference to FIGS. The optical engine 100 described above is mounted inside the projector 1. As shown in FIG. 2, the projector 1 is provided on a wristband 11 that is a ring-shaped main body that can be worn on the user's arm 1000, and on a side surface in the circumferential direction of the wristband 11, and the projection optical system 108 (FIG. Projection window 12 from which image light from (see) is emitted.
投影窓12から出射された画像光は、腕1000の一部の表面において拡大投影される。この投影された画像光により画像が表示される領域を表示領域201とする。すなわち、プロジェクタ1における被投射物の一例は腕1000の表面である。 The image light emitted from the projection window 12 is enlarged and projected on a part of the surface of the arm 1000. A region where an image is displayed by the projected image light is a display region 201. That is, an example of the projection object in the projector 1 is the surface of the arm 1000.
図3に示すようにプロジェクタ1が腕1000に装着された状態を側面方向から見ると、腕1000の表面である表示領域201における短手方向の中央部分から投影窓12までの高さ方向の距離である第1距離d0は、リストバンド11の厚みとほぼ同等である。 When the state in which the projector 1 is mounted on the arm 1000 is viewed from the side as shown in FIG. 3, the distance in the height direction from the central portion in the short direction in the display area 201 which is the surface of the arm 1000 to the projection window 12. The first distance d0 is approximately equal to the thickness of the wristband 11.
図4に示すように、プロジェクタ1を腕1000の挿入口方向から見て、投影窓12から投射された光による画像が表示される表示領域201(図2参照)の短手方向の端部と投影窓12までの高さ方向の距離を第2距離d1とする。第2距離d1は、第1距離d0よりも長くなる。これは、プロジェクタ1の投影窓12から出射された光がリストバンド11の周方向に向かうときに、腕1000における短手方向の丸みの分だけ、投影窓12との距離が伸びるからである。 As shown in FIG. 4, when the projector 1 is viewed from the insertion opening direction of the arm 1000, an end portion in the short direction of the display area 201 (see FIG. 2) in which an image by light projected from the projection window 12 is displayed. A distance in the height direction to the projection window 12 is a second distance d1. The second distance d1 is longer than the first distance d0. This is because when the light emitted from the projection window 12 of the projector 1 goes in the circumferential direction of the wristband 11, the distance from the projection window 12 increases by the roundness in the short direction of the arm 1000.
ここで、表示領域201の縦横比と、DMD107(図1参照)の縦横比の違いについて、図5を用いて説明する。図5に示すように、表示領域201の短手方向の寸法をs1とし、長手方向の寸法をm0とする。すなわち、表示領域201の縦横比はs1:m0で表される。また、DMD107の短手方向の寸法をs0とし、長手方向の寸法をm0とする。これによってDMD107の縦横比はs0:m0で表される。プロジェクタ1は、腕1000を被投射物にするからスクリーン200に相当する表示領域201において、その短手方向の寸法であるs1は、DMD107の寸法であるs0よりも長くなる。すなわち、プロジェクタ1を装着して腕1000の表示領域201に画像を表示すると、短手方向において画像の焦点が乱れる可能性がある。以下、縦横比をアスペクト比という。 Here, the difference between the aspect ratio of the display area 201 and the aspect ratio of the DMD 107 (see FIG. 1) will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the dimension of the display area 201 in the short direction is s1, and the dimension in the long direction is m0. That is, the aspect ratio of the display area 201 is represented by s1: m0. Further, the dimension of the DMD 107 in the short direction is s0, and the dimension in the long direction is m0. As a result, the aspect ratio of the DMD 107 is expressed as s0: m0. Since the projector 1 uses the arm 1000 as a projection object, in the display region 201 corresponding to the screen 200, the dimension s1 in the short direction is longer than the dimension s0 of the DMD 107. That is, when the projector 1 is mounted and an image is displayed on the display area 201 of the arm 1000, the focus of the image may be disturbed in the short direction. Hereinafter, the aspect ratio is referred to as an aspect ratio.
●プロジェクタ1の特徴
プロジェクタ1は、上記のような画像の焦点の乱れが生じないように工夫されている。以下、プロジェクタ1における主な特徴について説明する。
● Characteristics of the projector 1 The projector 1 is devised so as not to cause the disturbance of the focus of the image as described above. Hereinafter, main features of the projector 1 will be described.
上に説明した第1距離d0と第2離d1の差は、プロジェクタ1を装着した個人の腕1000の太さによって異なる。この差が大きい人ほど、第1距離d0を元に焦点を合わせると、第2距離d1に相当する位置、すなわち、表示領域201の短手方向端部における焦点が乱れる。焦点が乱れると表示される画像が不鮮明になる。 The difference between the first distance d0 and the second separation d1 described above varies depending on the thickness of the arm 1000 of the individual wearing the projector 1. As the difference is larger, when focusing is performed based on the first distance d0, the position corresponding to the second distance d1, that is, the focal point at the short-side end of the display area 201 is disturbed. When the focus is disturbed, the displayed image becomes unclear.
一般的に、投射距離が長ければ、焦点深度は深くなるため、表示領域201の短手方向端部と短手方向中央部における投影窓12からの距離の差程度では、いわゆるピンボケは生じない。しかし、光学エンジン100は、超短距離投射を行うためのものであるから、焦点深度が浅く、ピンボケが生じやすい。 In general, if the projection distance is long, the depth of focus becomes deep. Therefore, so-called defocusing does not occur with the difference in distance from the projection window 12 at the short-side end and the short-side center of the display area 201. However, since the optical engine 100 is for performing ultra-short distance projection, the depth of focus is shallow and blurring is likely to occur.
そこでプロジェクタ1は、光学エンジン100の光源101(図1参照)に固体光源素子を用いる。固体光源素子とは、たとえば、発光ダイオードやレーザーダイオードである。光源101を光源101から固体光源素子にすることで、投射光学系108における開口数であるNAを小さくすることができる。 Therefore, the projector 1 uses a solid light source element for the light source 101 (see FIG. 1) of the optical engine 100. The solid light source element is, for example, a light emitting diode or a laser diode. By changing the light source 101 from the light source 101 to a solid light source element, the numerical aperture NA in the projection optical system 108 can be reduced.
NAとは、DMD107などの画像表示素子から、投射光学系108(図1参照)に取り込まれる光束の立体角を示すパラメータである。図6を用いてNAを説明する。図6に示すように、光学エンジン100において、光源101から出射された光がDMD107で反射されて投射光学系108へ入射する。この投射光学系108への入射光路を2つに分けて考える。一つは、DMD107から投射光学系108の入射口を通過し、開口窓である開口絞り1081の開口部中央を透過する第1光線L1である。もう一つは、DMD107から投射光学系108の入射口を通過し、開口絞り1081の開口の端部、すなわち周縁部に至る第2光線L2である。第2光線L2は第1光線L1を基準として、開口絞り1081の開口部端部に向かって角度θをもって広がっている。角度θの半値の正弦がNAである。すなわち、NAはsin(θ/2)で表される。以上説明のとおり、開口絞り1081は、DMD107から投射光学系108へ入射する光量を規定する。 The NA is a parameter indicating the solid angle of a light beam taken into the projection optical system 108 (see FIG. 1) from an image display element such as the DMD 107. The NA will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, in the optical engine 100, the light emitted from the light source 101 is reflected by the DMD 107 and enters the projection optical system 108. The incident optical path to the projection optical system 108 will be divided into two. One is a first light beam L1 that passes from the DMD 107 through the entrance of the projection optical system 108 and passes through the center of the aperture of the aperture stop 1081 that is an aperture window. The other is a second light beam L2 that passes from the DMD 107 through the entrance of the projection optical system 108 and reaches the end of the aperture of the aperture stop 1081, that is, the peripheral edge. The second light beam L2 spreads at an angle θ toward the opening end of the aperture stop 1081 with respect to the first light beam L1. The half value sine of the angle θ is NA. That is, NA is expressed by sin (θ / 2). As described above, the aperture stop 1081 defines the amount of light that enters the projection optical system 108 from the DMD 107.
光源101を、LEDすなわち発光ダイオード、LDすなわちレーザーダイオードなどの固体光源素子にすることで、NAを例えば0.15以下にすることができる。以下に示すプロジェクタ1の構成によれば、NAを小さくすることで、焦点深度を深くすることができ、さらに、画像の明るさの減少を最小に留めることができる。なお、光学エンジン100において画像表示素子をDMD107に変えて液晶素子パネルを用いた場合は、NAは0.2以上になる。また、DMD107の微小ミラーの傾斜角が12度程度であればほとんどのNAは0.2になる。 By making the light source 101 a solid light source element such as an LED, ie, a light emitting diode, or an LD, ie, a laser diode, the NA can be made 0.15 or less, for example. According to the configuration of the projector 1 described below, by reducing the NA, the depth of focus can be increased, and further, the decrease in the brightness of the image can be minimized. In the optical engine 100, when the liquid crystal element panel is used instead of the image display element in the DMD 107, the NA is 0.2 or more. If the tilt angle of the micro mirror of the DMD 107 is about 12 degrees, most NA is 0.2.
NAを0.15に設定すれば、少なくとも、NAが0.2である光学エンジン100に比べて、焦点深度を1.3倍以上に拡げられる。これによって、腕1000の丸みに対応するには十分な焦点深度を得ることができる。 If the NA is set to 0.15, the depth of focus can be expanded 1.3 times or more as compared with the optical engine 100 having an NA of 0.2. This makes it possible to obtain a depth of focus sufficient to cope with the roundness of the arm 1000.
光学エンジン100の投射光学系108に設けた開口絞り1081を絞れば、NAを小さく設定することができる。このように、開口絞り1081を絞って焦点深度を拡げる方法は、カメラレンズにおいてF値を大きく設定し、被写界深度を拡げる方法と同じである。 If the aperture stop 1081 provided in the projection optical system 108 of the optical engine 100 is stopped, the NA can be set small. As described above, the method of expanding the aperture depth by narrowing the aperture stop 1081 is the same as the method of increasing the depth of field by setting a large F value in the camera lens.
NAを小さくすると、DMD107から投射光学系108に入射する光量が減少する。投射光学系108への光量が減少すると、表示領域201に表示される画像が暗くなる。そこで、プロジェクタ1では、光源101の代わりに固体光源素子を用いることで、画像における明るさの減少を最小限に留める。 When the NA is reduced, the amount of light incident on the projection optical system 108 from the DMD 107 decreases. When the amount of light to the projection optical system 108 decreases, the image displayed in the display area 201 becomes dark. Therefore, the projector 1 uses a solid light source element instead of the light source 101, thereby minimizing the reduction in brightness in the image.
以下、図6乃至図10を用いてNAを小さくして焦点深度を深くしつつ、表示画像の明るさの減少を最小限に留める構成について説明する。まず、図6に示す光学エンジン100を用いて、光線L1と光線L2を比較する。図6において、光線L1は、インテグレータロッド103の正面から入射し、投射光学系108の開口絞り1081の中心を通過する。すなわち光線L1は、入射口正面からインテグレータロッド103に入射する。光線L2は、投射光学系108の開口絞り1081の端部を通過する。光線L2は、入射口斜めからインテグレータロッド103に入射する。 Hereinafter, a configuration for minimizing the decrease in the brightness of the display image while reducing the NA and increasing the depth of focus while using FIG. 6 to FIG. 10 will be described. First, the light L1 and the light L2 are compared using the optical engine 100 shown in FIG. In FIG. 6, the light beam L <b> 1 enters from the front surface of the integrator rod 103 and passes through the center of the aperture stop 1081 of the projection optical system 108. That is, the light beam L1 enters the integrator rod 103 from the front of the entrance. The light beam L2 passes through the end of the aperture stop 1081 of the projection optical system 108. The light beam L2 is incident on the integrator rod 103 obliquely from the entrance.
インテグレータロッド103は、すでに説明したとおり、入射した光が内部で全反射を繰り返しながら出射口において面光源としてみなせるようにする光学素子である。したがって、インテグレータロッド103から出射される光の光量のうち、入射口正面から入射する光線L1の光量はわずかであり、入射口斜めから入射する光線L2の光量の総和が光線L1の光量よりも大きい。 As already described, the integrator rod 103 is an optical element that allows incident light to be regarded as a surface light source at the exit port while repeating total internal reflection. Accordingly, the light amount of the light beam L1 incident from the front of the entrance is small in the amount of light emitted from the integrator rod 103, and the sum of the light amounts of the light beam L2 incident from obliquely on the entrance is larger than the light amount of the light beam L1. .
次に、NAを小さくするために、光学エンジン100において開口絞り1081を絞った状態について検討する。図7に示すように、光学エンジン100が備える投射光学系108の開口絞り1081を絞ると、投射光学系108のNAは小さくなり、周辺の光線L2は遮光される。これによって、光線L2の光量は著しく減少する。 Next, a state in which the aperture stop 1081 is stopped in the optical engine 100 in order to reduce the NA will be considered. As shown in FIG. 7, when the aperture stop 1081 of the projection optical system 108 included in the optical engine 100 is stopped, the NA of the projection optical system 108 becomes small, and the surrounding light beam L2 is shielded. As a result, the amount of light L2 is significantly reduced.
これに対して、図8に示すように、光源101に変えてLEDやLDなどの固体光源111を用いると、周辺の光線L2の光量に対する固体光源111から正面に進む光線L1の光量の比率が増大する。 On the other hand, as shown in FIG. 8, when a solid light source 111 such as an LED or LD is used instead of the light source 101, the ratio of the light amount of the light beam L1 traveling forward from the solid light source 111 to the light amount of the peripheral light beam L2 is increased. Increase.
また、図9に示すように、光学エンジン100が備える投射光学系108の開口絞り1081を絞ると、開口絞り1081の開口端部に至る光線L3の広がり角がθ´に狭められ、NAが小さくなる。このようにNAを小さくしても、光源101に光源101に比べて、光量減少の度合いを小さくできる。 As shown in FIG. 9, when the aperture stop 1081 of the projection optical system 108 provided in the optical engine 100 is stopped, the spread angle of the light beam L3 reaching the opening end of the aperture stop 1081 is narrowed to θ ′, and the NA is small. Become. Even if the NA is reduced in this way, the light source 101 can reduce the degree of light amount reduction compared to the light source 101.
次に、一般的なランバートの配光分布を持つ固体光源111を光源101に用いることによる光量減少の度合いについて図10を用いて説明する。なお、ランバードの配向分布とは、正面に向かう光線の保有するエネルギーに対して、斜めに向かう光線の保有するエネルギーは、斜め出射角度αの余弦であるcosαに比例するという配光分布のことである。 Next, the degree of light quantity reduction by using the solid light source 111 having a general Lambertian light distribution as the light source 101 will be described with reference to FIG. Note that the orientation distribution of the Lambert is a light distribution in which the energy held by the light beam traveling diagonally is proportional to cos α which is the cosine of the oblique emission angle α. is there.
図10は、固体光源素子である固体光源111の配向分布の例を示す図である。図10において、矢印線の長さが光線のエネルギーを示し、矢印線が長いほど光線のエネルギーが強いことを示している。固体光源111の中央から射出する光を考えると、正面方向の光のエネルギーが一番大きく、斜め方向に射出される光ほど、すなわち、出射角度αが大きくなるほど、光線のエネルギーは弱くなる。このような配向分布を一般的なランバード分布という。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the orientation distribution of the solid light source 111 that is a solid light source element. In FIG. 10, the length of the arrow line indicates the energy of the light beam, and the longer the arrow line, the stronger the light beam energy. Considering the light emitted from the center of the solid-state light source 111, the light energy in the front direction is the largest, and the light emitted in the oblique direction, that is, as the emission angle α becomes larger, the light energy becomes weaker. Such an orientation distribution is called a general Lambard distribution.
次に、NAの値を変化させた場合における、図8と図9に示した光学エンジン100における開口絞り1081への光線の入射度合いの違いについて説明する。 Next, the difference in the incidence of light rays on the aperture stop 1081 in the optical engine 100 shown in FIGS. 8 and 9 when the NA value is changed will be described.
図8に示した光学エンジン100において、NAを0.2に設定すると、θの値は23.07度になる。また、NAを0.15に設定するとθ´は17.25度になる。
ここで、固体光源111から出射する光線L2と光線L1との角度αを30度と仮定すると、光線L1に対する光線L2のエネルギーは角度αの余弦であるから、その値は0.87になる。すなわち、光線L2のエネルギーは、光線L1のエネルギーの87%である。
In the optical engine 100 shown in FIG. 8, when NA is set to 0.2, the value of θ is 23.07 degrees. Further, when NA is set to 0.15, θ ′ becomes 17.25 degrees.
Here, assuming that the angle α between the light beam L2 and the light beam L1 emitted from the solid-state light source 111 is 30 degrees, the energy of the light beam L2 with respect to the light beam L1 is a cosine of the angle α, so the value is 0.87. That is, the energy of the light beam L2 is 87% of the energy of the light beam L1.
一方、図9に示した光学エンジン100において、固体光源111から出射する光線L1と光線L3との角度α´は、図8に示した光線L2と光線L1との角度αと比較すると小さい。上述のθ=23.07度、θ´=17.25度、α=30度を前提に計算すると、図9におけるα´は22度になる。光線L1に対する光線L3のエネルギーは角度α´の余弦であるから、その値は0.93になる。すなわち、光線L3のエネルギーは、光線L1のエネルギーの93%である。 On the other hand, in the optical engine 100 shown in FIG. 9, the angle α ′ between the light beam L1 and the light beam L3 emitted from the solid light source 111 is smaller than the angle α between the light beam L2 and the light beam L1 shown in FIG. If calculation is performed on the assumption that θ = 23.07 degrees, θ ′ = 17.25 degrees, and α = 30 degrees, α ′ in FIG. 9 is 22 degrees. Since the energy of the light beam L3 with respect to the light beam L1 is a cosine of the angle α ′, its value is 0.93. That is, the energy of the light beam L3 is 93% of the energy of the light beam L1.
開口絞り1081を絞ることで、光線L2は遮光されるが、固体光源111から出射される光線L3より内側の光線束が残るため、光量減少は最小減で食い止められる。これに対して、図6に示した光学エンジン100のように、光源101を用いると光線L2のエネルギーの比率が高いから、光量減少幅が固体光源111に比べて大きい。 By restricting the aperture stop 1081, the light beam L2 is shielded, but since the light bundle inside the light beam L3 emitted from the solid light source 111 remains, the reduction in the light amount is prevented by a minimum reduction. In contrast, when the light source 101 is used as in the optical engine 100 shown in FIG. 6, the energy ratio of the light beam L <b> 2 is high.
以上説明のとおり、光学エンジン100は光源101に固体光源111を用いることで、NAを小さくして、焦点深度を深くし、かつ、光量の減少による画像が暗くなることを防ぐことができる。 As described above, the optical engine 100 uses the solid light source 111 as the light source 101, so that the NA can be reduced, the depth of focus can be increased, and the image can be prevented from becoming dark due to a decrease in the amount of light.
●プロジェクタ1の実施例●
以下、上記のプロジェクタ1に係る実施例について説明する。以下において説明する実施例1乃至4に係るプロジェクタ1は、光源101に固体光源111を備え、NAは0.15以下に設定されているものである。なお実施例1乃至4に係るプロジェクタ1が備えるDMD107のサイズは、0.1inchであって、プロジェクタ1によって表示領域201に投影される画像のサイズは4inchである。
● Example of projector 1 ●
Hereinafter, an embodiment according to the projector 1 will be described. In the projectors 1 according to the first to fourth embodiments described below, the light source 101 includes the solid light source 111 and the NA is set to 0.15 or less. Note that the size of the DMD 107 included in the projector 1 according to the first to fourth embodiments is 0.1 inch, and the size of the image projected onto the display area 201 by the projector 1 is 4 inches.
ここで、以下の各実施例の仕様に含まれる投射距離h0とリストバンド11におけるバンド高さKについて説明する。図12などに示される表示領域201の垂直方向、すなわち、Y方向において、第2ミラー1083で反射される光線のうち表示領域201から最も離れた点をP1とする。また、表示領域201のY方向において、第1ミラー1082で反射される光線のうち表示領域201に最も近い点をP2とする。投射距離h0は、Y方向におけるP1と表示領域201との距離である。また、リストバンド11におけるバンド高さKは、Y方向におけるP1とP2の距離である。すなわち、バンド高さKは距離Kでもある。 Here, the projection distance h0 and the band height K in the wristband 11 included in the specifications of the following embodiments will be described. In the vertical direction of the display area 201 shown in FIG. 12 or the like, that is, the Y direction, a point farthest from the display area 201 among the light rays reflected by the second mirror 1083 is defined as P1. Further, in the Y direction of the display area 201, a point closest to the display area 201 among the light rays reflected by the first mirror 1082 is defined as P2. The projection distance h0 is a distance between P1 and the display area 201 in the Y direction. The band height K in the wristband 11 is a distance between P1 and P2 in the Y direction. That is, the band height K is also the distance K.
●実施例1
図11は、実施例1に係るプロジェクタ1を装着した状態の例を示す模式図である。また、図12は、実施例1に係るプロジェクタ1における投射光学系108の拡大図である。図11において、投影窓12は腕1000ではなく、装着者の手の甲1001に向いている。プロジェクタ1は、リストバンド11の中に光学エンジン100が収められているが、図11においては光学エンジン100のうち、投射光学系108のみを表している。なお、図11において投射光学系108は、屈折光学系の手の甲1001に向けて投射するためのミラー光学系も備えている。
Example 1
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of a state in which the projector 1 according to the first embodiment is mounted. FIG. 12 is an enlarged view of the projection optical system 108 in the projector 1 according to the first embodiment. In FIG. 11, the projection window 12 faces the back 1001 of the wearer's hand, not the arm 1000. In the projector 1, the optical engine 100 is housed in the wristband 11. In FIG. 11, only the projection optical system 108 of the optical engine 100 is shown. In FIG. 11, the projection optical system 108 also includes a mirror optical system for projecting toward the back 1001 of the refractive optical system.
図12に示すように、プロジェクタ1は、DMD107で形成される画像光が投射光学系108を構成する屈折光学系を通過し、ミラー光学系を構成する第1ミラー1082と第2ミラー1083反射されながら拡大される。拡大された画像光は、投影窓12から被投射物である手の甲1001に向けて投射される。なお、図12に示すように、各実施例に係る投射光学系108における座標軸は、DMD107から投射光学系108に光が進む方向であって、表示領域201と平行方向をZ方向とする。Z方向と直交する方向であってリストバンド11の厚み方向をY方向とする。Z方向とY方向に直交する方向をX方向とする。したがって、図12は、プロジェクタ1のYZ断面図である。 As shown in FIG. 12, in the projector 1, the image light formed by the DMD 107 passes through the refractive optical system that constitutes the projection optical system 108, and is reflected by the first mirror 1082 and the second mirror 1083 that constitute the mirror optical system. While enlarged. The enlarged image light is projected from the projection window 12 toward the back 1001 of the hand that is the projection object. As shown in FIG. 12, the coordinate axis in the projection optical system 108 according to each embodiment is the direction in which light travels from the DMD 107 to the projection optical system 108, and the direction parallel to the display area 201 is the Z direction. The direction perpendicular to the Z direction and the thickness direction of the wristband 11 is defined as the Y direction. The direction orthogonal to the Z direction and the Y direction is taken as the X direction. Therefore, FIG. 12 is a YZ sectional view of the projector 1.
実施例1に係る投射光学系108の仕様を表1に示す。実施例1に係る投射光学系108は、投射距離h0は42mm、筐体であるリストバンド11におけるバンド高さKは35mm、NAは0.1に設定されている。
実施例1に係る投射光学系108はNAを0.1に設定したことで、NAが0.2に設定されるものに比べて、焦点深度を2倍程度深くすることができる。屈折力を有する光学素子である第2ミラー1083から表示領域201への垂直方向の距離を、投射距離h0よりも大きい値にしても、ピンボケの発生を抑えることができる。なお、第2ミラー1083は、投射光学系108と表示領域201までの間に配置される光学素子であって、表示領域201に最も近い側に配置されている光学素子である。 In the projection optical system 108 according to the first embodiment, the NA is set to 0.1, so that the depth of focus can be made about twice as large as that in which the NA is set to 0.2. Even if the vertical distance from the second mirror 1083, which is an optical element having refractive power, to the display area 201 is set to a value larger than the projection distance h0, the occurrence of blurring can be suppressed. The second mirror 1083 is an optical element arranged between the projection optical system 108 and the display area 201 and is an optical element arranged on the side closest to the display area 201.
●実施例2
次に、実施例2について説明する。図13は、実施例2に係るプロジェクタ1における投射光学系108のYZ断面図である。図13において、投射光学系108は屈折光学系の後段にミラー光学系を構成する第1ミラー1082と第2ミラー1083が配置されている。実施例2に係る投射光学系108の仕様を表2に示す。実施例2に係る投射光学系108は、投射距離h0は33mm、リストバンド11におけるバンド高さKは35mm、NAは0.1に設定されている。
Example 2
Next, Example 2 will be described. FIG. 13 is a YZ sectional view of the projection optical system 108 in the projector 1 according to the second embodiment. In FIG. 13, in the projection optical system 108, a first mirror 1082 and a second mirror 1083 that constitute the mirror optical system are arranged at the subsequent stage of the refractive optical system. Table 2 shows the specifications of the projection optical system 108 according to Example 2. In the projection optical system 108 according to Example 2, the projection distance h0 is set to 33 mm, the band height K in the wristband 11 is set to 35 mm, and the NA is set to 0.1.
実施例2に係る投射光学系108は、NAの設定を小さくして焦点深度を深くしている。また、利用者が衣類の上からプロジェクタ1を装着する場合を想定して、投射距離h0を衣類の厚みを考慮した分だけ短くしてある。 In the projection optical system 108 according to the second embodiment, the NA setting is reduced to increase the depth of focus. Further, assuming that the user wears the projector 1 from above the clothing, the projection distance h0 is shortened by considering the thickness of the clothing.
実施例2に係る投射光学系108は、リストバンド11におけるバンド高さKよりも投射距離h0を短く設定し、投射距離h0の位置での表示領域201の大きさを4inchにする。これによって、衣類を着た場合であっても、表示領域201の大きさは実施例1の投射光学系108の場合と同じ大きさになる。 The projection optical system 108 according to the second embodiment sets the projection distance h0 to be shorter than the band height K in the wristband 11, and sets the size of the display area 201 at the position of the projection distance h0 to 4 inches. Thereby, even when clothes are worn, the size of the display area 201 is the same as that of the projection optical system 108 of the first embodiment.
●実施例3
次に実施例3について説明する。図14は、実施例3に係るプロジェクタ1における投射光学系108のYZ断面図である。図14において、投射光学系108は屈折光学系の後段にミラー光学系を構成する第1ミラー1082と第2ミラー1083が配置されている。実施例3に係る投射光学系108の仕様を表3に示す。実施例3に係る投射光学系108は、投射距離h0は45mm、リストバンド11におけるバンド高さKは34.3mm、NAは0.15に設定されている。
Next, Example 3 will be described. FIG. 14 is a YZ sectional view of the projection optical system 108 in the projector 1 according to the third embodiment. In FIG. 14, in the projection optical system 108, a first mirror 1082 and a second mirror 1083 that constitute the mirror optical system are arranged at the subsequent stage of the refractive optical system. Table 3 shows the specifications of the projection optical system 108 according to Example 3. In the projection optical system 108 according to Example 3, the projection distance h0 is set to 45 mm, the band height K in the wristband 11 is set to 34.3 mm, and the NA is set to 0.15.
実施例3に係る投射光学系108は、実施例1に係る投射光学系108に比べて、NAを大きく設定している。本実施例のようにNAを大きくしても、リストバンド11におけるバンド高さKも、投射距離h0も、ほぼ同じ値にすることができる。 The projection optical system 108 according to Example 3 has a larger NA than the projection optical system 108 according to Example 1. Even if NA is increased as in the present embodiment, the band height K and the projection distance h0 in the wristband 11 can be set to substantially the same value.
実施例3に係る投射光学系108を備えるプロジェクタ1は、実施例1と実施例2に比べて、投射画像の光量が増加する。一方、焦点深度は浅くなり、利用者の腕1000における丸みや凹凸への対応範囲が狭くなる。ただし、腕1000の丸みが少ない人物であれば、実施例1に係る投射光学系108を備えるプロジェクタ1のメリットは大きい。 In the projector 1 including the projection optical system 108 according to the third embodiment, the amount of light of the projected image is increased as compared with the first and second embodiments. On the other hand, the depth of focus becomes shallow, and the range corresponding to roundness and unevenness in the user's arm 1000 becomes narrow. However, if the person has a small roundness of the arm 1000, the advantage of the projector 1 including the projection optical system 108 according to the first embodiment is great.
また、実施例3に係る投射光学系108は、図18に示すように、投射光学系108が有する各レンズが、光軸LXに対して回転対称になっている。 Further, in the projection optical system 108 according to Example 3, as shown in FIG. 18, each lens of the projection optical system 108 is rotationally symmetric with respect to the optical axis LX.
●実施例4
次に実施例4について説明する。図15は、実施例4に係るプロジェクタ1が備える投射光学系108のYZ断面図である。図15において、投射光学系108は屈折光学系の後段にミラー光学系を構成する第1ミラー1082と第2ミラー1083が配置されている。実施例4に係る投射光学系108の仕様を表4に示す。実施例4に係る投射光学系108は、投射距離h0は33.6mm、リストバンド11におけるバンド高さKは34mm、NAは0.1に設定されている。また、表示領域201のアスペクト比である投影画像のアスペクト比が15:10、DMD107のアスペクト比が16:10である。
Next, Example 4 will be described. FIG. 15 is a YZ sectional view of the projection optical system 108 provided in the projector 1 according to the fourth embodiment. In FIG. 15, the projection optical system 108 is provided with a first mirror 1082 and a second mirror 1083 that constitute the mirror optical system after the refractive optical system. Table 4 shows the specifications of the projection optical system 108 according to Example 4. In the projection optical system 108 according to Example 4, the projection distance h0 is set to 33.6 mm, the band height K in the wristband 11 is set to 34 mm, and the NA is set to 0.1. Further, the aspect ratio of the projected image, which is the aspect ratio of the display area 201, is 15:10, and the aspect ratio of the DMD 107 is 16:10.
本実施例に係るDMD107のアスペクト比の例を図16に示す。また、本実施例に係るDMD107による投影画像のアスペクト比である表示領域201のアスペクト比を図17に示す。図16に示すようにDMD107は、横の寸法であるs0が2.14mm、縦の寸法であるm0が1.33mmである。したがって、DMD107のアスペクト比は、16:10である。これを、共軸の軸対称光学系を用いて拡大投射すると、当然ながら表示される画像のアスペクト比も16:10になる。すでに説明したとおり、プロジェクタ1は、腕1000に装着され、表示領域201は平面ではない。したがって、DMD107のアスペクト比と同じアスペクト比で画像を表示するには、工夫が必要である。 An example of the aspect ratio of the DMD 107 according to the present embodiment is shown in FIG. FIG. 17 shows the aspect ratio of the display area 201 that is the aspect ratio of the image projected by the DMD 107 according to the present embodiment. As shown in FIG. 16, the DMD 107 has a horizontal dimension s0 of 2.14 mm and a vertical dimension m0 of 1.33 mm. Therefore, the aspect ratio of DMD 107 is 16:10. When this is enlarged and projected using a coaxial axisymmetric optical system, the aspect ratio of the displayed image is naturally 16:10. As already described, the projector 1 is attached to the arm 1000, and the display area 201 is not a plane. Therefore, ingenuity is required to display an image with the same aspect ratio as that of the DMD 107.
そこで、実施例4に係る投射光学系108は、第2ミラー1083を非軸対称な自由曲面ミラーにした。(図15参照)。これによって、図17に示すように投影画像のアスペクト比を15:10にすることができる。 Therefore, in the projection optical system 108 according to Example 4, the second mirror 1083 is a non-axisymmetric free-form surface mirror. (See FIG. 15). As a result, the aspect ratio of the projected image can be set to 15:10 as shown in FIG.
横方向の画像サイズ゛がDMD107よりも小さい。この場合、仮に平面スクリーンに投影すれば表示される画像は横方向が圧縮されたようになる。しかし、プロジェクタ1は、腕1000のような丸みを帯びている部分に画像を投影すれば、画像の横幅が拡がるので、自然な画像になる。 The image size in the horizontal direction is smaller than that of the DMD 107. In this case, if the image is projected onto a flat screen, the displayed image is compressed in the horizontal direction. However, if the projector 1 projects an image on a rounded portion such as the arm 1000, the horizontal width of the image is expanded, so that a natural image is obtained.
なお、DMD107の横方向の長さをX0、DMD107の縦方向の長さをY0とする。また、表示領域201の横方向の長さをX1、表示領域201の縦方向の長さをY1とする。この場合、条件(X0/Y0>X1/Y1)を満たす。なお、それぞれの縦方向の長さは、投射光学系108の光軸LXの垂線と、表示領域201の垂線を含む断面内における長さである。それぞれの横方向の長さは、上記の縦方向に対する垂直方向の長さである。 Note that the horizontal length of the DMD 107 is X0, and the vertical length of the DMD 107 is Y0. In addition, the horizontal length of the display area 201 is X1, and the vertical length of the display area 201 is Y1. In this case, the condition (X0 / Y0> X1 / Y1) is satisfied. Each length in the vertical direction is a length in a cross section including a perpendicular line of the optical axis LX of the projection optical system 108 and a perpendicular line of the display area 201. Each length in the horizontal direction is a length in a direction perpendicular to the vertical direction.
●実施例5
次に実施例5について説明する。図19は、投射光学系108が有する反射光学系を構成するミラー光学系を、第2ミラー1083のみで構成した例である。図19に示すように、本実施例に係る投射光学系108は、屈折光学系の光軸を腕1000の長さ方向と略平行にした実施例1乃至4とは異なり、屈折光学系の光軸を腕1000の法線方向にしている。これによって、実施例1乃至4の投射光学系108では必要であった反射光学系の平面ミラーを省略することができる。
Example 5
Next, Example 5 will be described. FIG. 19 shows an example in which the mirror optical system constituting the reflection optical system included in the projection optical system 108 is configured by only the second mirror 1083. As shown in FIG. 19, the projection optical system 108 according to the present embodiment differs from the first to fourth embodiments in which the optical axis of the refractive optical system is substantially parallel to the length direction of the arm 1000. The axis is in the normal direction of the arm 1000. Thereby, the plane mirror of the reflective optical system that is necessary in the projection optical system 108 of Examples 1 to 4 can be omitted.
実施例5に係るプロジェクタ1は、投射光学系108の長手方向が、腕1000の法線方向になるので、リストバンド11の厚みに相当するバンド高さKが長くなる。ただし、構成部品を実施例1乃至4よりも少なくでき、明るさの向上を図ることができる。 In the projector 1 according to the fifth embodiment, since the longitudinal direction of the projection optical system 108 is the normal direction of the arm 1000, the band height K corresponding to the thickness of the wristband 11 becomes long. However, the number of components can be reduced as compared with the first to fourth embodiments, and the brightness can be improved.
以上、プロジェクタ1は、手首に装着できる形状であるから、携帯性に優れ、かつ、手軽に大きな画像表示を行うことができる。また、手首周りの丸みにより生ずる投影画像の歪みを補正することができる。さらに、服の上から装着されても、画面サイズが小さくならず、更に明るい画像表示が可能となる。非常に携帯性に優れて、携帯型情報端末と連携させることで必要に有用なものである。 As described above, since the projector 1 has a shape that can be attached to the wrist, it is excellent in portability and can easily display a large image. Further, it is possible to correct the distortion of the projection image caused by the roundness around the wrist. Furthermore, even when worn over clothes, the screen size is not reduced, and a brighter image can be displayed. It is extremely portable and useful when necessary in conjunction with a portable information terminal.
●各実施例における数値例
次に、実施例1乃至4に係る投射光学系108における具体的な数値例を示す。各実施例と各数値例を示す表との対比を表5に示す。
表5中の記載において、間隔(※1)は、図12におけるZ方向に沿った間隔のことである。また、偏心(※2)は、図12におけるY方向に沿った偏心量、すなわち、軸ずれ量のことである。 In the description in Table 5, the interval (* 1) is an interval along the Z direction in FIG. Further, the eccentricity (* 2) is the amount of eccentricity along the Y direction in FIG. 12, that is, the amount of axial deviation.
●実施例1に係る数値例
まず、実施例1に係る数値例を示す。表6は、レンズの曲率半径、間隔、屈折率、偏心などを示す構成データである。
表6中の面4、15、16、17、18は非球面である。これらの非球面係数を表7に示す。 Surfaces 4, 15, 16, 17, and 18 in Table 6 are aspherical surfaces. These aspherical coefficients are shown in Table 7.
上記非球面係数を適用して非球面形状を算出する式は、以下の式1である。
(式1)
The formula for calculating the aspheric shape by applying the aspheric coefficient is the following formula 1.
(Formula 1)
平面ミラーである第1ミラー1082と凹面ミラーである第2ミラー1083及びスクリーン200のレイアウトに関するデータを表8に示す。
第2ミラー1083の反射面を形成するための自由曲面係数を表9に示す。
表9に示す係数を適用して第2ミラー1083の反射面を算出する式を式2に示す。
(式2)
Formula 2 for calculating the reflection surface of the second mirror 1083 by applying the coefficients shown in Table 9 is shown in Formula 2.
(Formula 2)
なお、表10中に記載において、「**」はべき乗演算を意味する。また、「*」は乗算を意味する。 In Table 10, “**” means a power operation. “*” Means multiplication.
●実施例2に係る数値例
次に、実施例2に係る数値例を示す。表6は、レンズの曲率半径、間隔、屈折率、偏心(※2)などを示す構成データである。
表11中の面4、15、16、17、18は非球面である。これらの非球面係数を表11に示す。 Surfaces 4, 15, 16, 17, and 18 in Table 11 are aspherical surfaces. These aspherical coefficients are shown in Table 11.
上記非球面係数を適用して非球面形状を算出する式は、実施例1において示した式1と同様の式である。 The equation for calculating the aspheric shape by applying the aspheric coefficient is the same as the equation 1 shown in the first embodiment.
平面ミラーである第1ミラー1082と凹面ミラーである第2ミラー1083及びスクリーン200のレイアウトに関するデータを表12に示す。
第2ミラー1083の反射面を形成するための自由曲面係数を表13に示す。
表13に示す係数を適用して第2ミラー1083の反射面を算出する式は、実施例1にて示した式2と同様の式である。 An equation for calculating the reflection surface of the second mirror 1083 by applying the coefficient shown in Table 13 is the same as the equation 2 shown in the first embodiment.
なお、表13中に記載において、「**」はべき乗演算を意味する。また、「*」は乗算を意味する。 In Table 13, “**” means a power operation. “*” Means multiplication.
●実施例3に係る数値例
次に、実施例3に係る数値例を示す。表14は、レンズの曲率半径、間隔、屈折率、偏心)などを示す構成データである。
表14中の面4、15、16、17、18は非球面である。これらの非球面係数を表15に示す。 Surfaces 4, 15, 16, 17, and 18 in Table 14 are aspherical surfaces. These aspheric coefficients are shown in Table 15.
上記非球面係数を適用して非球面形状を算出する式は、実施例1において示した式1と同様の式である。 The equation for calculating the aspheric shape by applying the aspheric coefficient is the same as the equation 1 shown in the first embodiment.
平面ミラーである第1ミラー1082と凹面ミラーである第2ミラー1083及びスクリーン200のレイアウトに関するデータを表16に示す。
第2ミラー1083の反射面を形成するための自由曲面係数を表17に示す。
表17に示す係数を適用して第2ミラー1083の反射面を算出する式は、実施例1にて示した式2と同様の式である。 An equation for calculating the reflecting surface of the second mirror 1083 by applying the coefficients shown in Table 17 is the same as the equation 2 shown in the first embodiment.
なお、表17中に記載において、「**」はべき乗演算を意味する。また、「*」は乗算を意味する。 In Table 17, “**” means a power operation. “*” Means multiplication.
●実施例4に係る数値例
次に、実施例4に係る数値例を示す。表18は、レンズの曲率半径、間隔、屈折率、偏心などを示す構成データである。
表18中の面4、15、16、17、18は非球面である。これらの非球面係数を表19に示す。 Surfaces 4, 15, 16, 17, and 18 in Table 18 are aspherical surfaces. These aspheric coefficients are shown in Table 19.
上記非球面係数を適用して非球面形状を算出する式は、実施例1において示した式1と同様の式である。 The equation for calculating the aspheric shape by applying the aspheric coefficient is the same as the equation 1 shown in the first embodiment.
平面ミラーである第1ミラー1082と凹面ミラーである第2ミラー1083及びスクリーン200のレイアウトに関するデータを表20に示す。
第2ミラー1083の反射面を形成するための自由曲面係数を表21に示す。
表21に示す係数を適用して第2ミラー1083の反射面を算出する式は、実施例1にて示した式2と同様の式である。 An equation for calculating the reflecting surface of the second mirror 1083 by applying the coefficients shown in Table 21 is the same as the equation 2 shown in the first embodiment.
なお、表21中に記載において、「**」はべき乗演算を意味する。また、「*」は乗算を意味する。 In Table 21, “**” means a power operation. “*” Means multiplication.
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、発散性の強い投射光束の集光位置を調整することで、超至近距離から大画面の画像をスクリーンに表示することができる As described above, the image display apparatus according to the present invention can display a large-screen image on the screen from a very close distance by adjusting the condensing position of the highly divergent projection light beam.
1 プロジェクタ
11 リストバンド
100 光学エンジン
101 光源
107 DMD
108 投射光学系
201 表示領域
1082 第1ミラー
1083 第2ミラー
1 Projector 11 Wristband 100 Optical Engine 101 Light Source 107 DMD
108 Projection Optical System 201 Display Area 1082 First Mirror 1083 Second Mirror
Claims (7)
前記光源により照明される画像表示素子と、
前記画像表示素子において形成される画像を被投射物に向けて拡大投影する投射光学系と、を有する画像投射装置であって、
前記投射光学系は、レンズにより構成される屈折光学系と、少なくとも1つの反射面を備える反射光学系と、を有し、
前記投射光学系により投影される画像は、縦横比が前記画像表示素子の縦横比と異なる、
ことを特徴とする画像投射装置。 A light source;
An image display element illuminated by the light source;
A projection optical system for enlarging and projecting an image formed on the image display element toward a projection object,
The projection optical system includes a refractive optical system including a lens, and a reflective optical system including at least one reflective surface,
The image projected by the projection optical system has an aspect ratio different from the aspect ratio of the image display element.
An image projection apparatus characterized by that.
前記非軸対称な光学素子により、前記投影される画像は、縦横比が前記画像表示素子の縦横比と異なる、
請求項1記載の画像投射装置。 The projection optical system has at least one non-axisymmetric Y optical element,
Due to the non-axisymmetric optical element, the projected image has an aspect ratio different from the aspect ratio of the image display element.
The image projection apparatus according to claim 1.
前記画像表示素子の横方向の長さをX0、
前記画像表示素子の縦方向の長さをY0、
前記被投射物が平面スクリーンであるとき、当該平面スクリーンに投影された前記画像の横方向の長さをX1、
前記被投射物が平面スクリーンであるとき、当該平面スクリーンに投影された前記画像の縦方向の長さをY1、
前記縦方向の長さを前記光軸の垂線と前記平面スクリーンの垂線を含む断面内における長さ、
前記横方向の長さを前記縦方向に対する垂直方向の長さ、
としたとき、
条件X0/Y0>X1/Y1を満たす、
請求項1または2記載の画像投射装置。 The refractive optical system is an axially symmetric optical system in which a plurality of optical elements share an optical axis,
The horizontal length of the image display element is X0,
The vertical length of the image display element is Y0,
When the projection object is a flat screen, the horizontal length of the image projected on the flat screen is X1,
When the projection object is a flat screen, the vertical length of the image projected on the flat screen is Y1,
The length in the cross section including the vertical line of the optical axis and the vertical line of the flat screen;
The length in the vertical direction with respect to the vertical direction,
When
Satisfies the condition X0 / Y0> X1 / Y1.
The image projection apparatus according to claim 1.
前記屈折光学系は、前記画像表示素子から入射する光量を規定する開口絞りを有し、
前記屈折光学系の開口数は、0.15以下である、
請求項1乃至3記載の画像投射装置。 The refractive optical system is an axially symmetric coaxial optical system in which a plurality of optical elements share an optical axis,
The refractive optical system has an aperture stop that defines the amount of light incident from the image display element,
The refractive optical system has a numerical aperture of 0.15 or less.
The image projection apparatus according to claim 1.
前記反射光学系は、第1ミラーと第2ミラーを備え、
前記第1ミラーまたは前記第2ミラーのいずれか一方は、非軸対称な凹面ミラーである
請求項1乃至4のいずれかに記載の画像投射装置。 The projection optical system has an aperture window;
The reflective optical system includes a first mirror and a second mirror,
5. The image projection apparatus according to claim 1, wherein one of the first mirror and the second mirror is a non-axisymmetric concave mirror.
前記被投射物は、平面スクリーンであるとき、
前記平面スクリーンの垂直方向において前記第2ミラーで反射される光線のうち前記平面スクリーンから最も離れた点と、前記平面スクリーンと、の距離である投射距離h0は、
前記平面スクリーンの垂直方向において前記第2ミラーで反射される光線のうち前記平面スクリーンから最も離れた点と、前記平面スクリーンの垂直方向において前記第1ミラーで反射される光線のうち前記平面スクリーンに最も近い点と、の距離である距離Kよりも短い、
請求項5記載の画像投射装置。 The second mirror is a non-axisymmetric concave mirror;
When the projection object is a flat screen,
The projection distance h0, which is the distance between the point farthest from the plane screen among the rays reflected by the second mirror in the vertical direction of the plane screen and the plane screen,
Of the light rays reflected by the second mirror in the vertical direction of the flat screen, the point farthest from the flat screen and the light rays reflected by the first mirror in the vertical direction of the flat screen on the flat screen Shorter than the distance K, which is the distance to the nearest point,
The image projection apparatus according to claim 5.
前記被投射物は、平面スクリーンであり、
前記平面スクリーンに投影される前記画像の長辺は、前記平面スクリーンの垂線と前記共軸光学系の光軸とを含む断面内にあり、
前記画像の短辺は、前記長辺の前記断面に垂直な方向にある、
請求項1乃至6のいずれかに記載の画像投射装置。 The refractive optical system is an axially symmetric coaxial optical system in which a plurality of optical elements share an optical axis,
The projection object is a flat screen,
The long side of the image projected on the flat screen is in a cross section including the normal of the flat screen and the optical axis of the coaxial optical system,
The short side of the image is in a direction perpendicular to the cross section of the long side,
The image projection apparatus according to claim 1.
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